【学术前沿】Cell Research | 刘兵/胡洪波/兰雨/文爱清合作解析人类固有淋巴细胞起源

固有淋巴细胞（innate lymphoid cell, ILC）是一大类固有免疫细胞的总称，在机体防御病原体入侵、维持内环境稳态、修复组织损伤及淋巴器官形成中发挥重要作用。ILC与T细胞除了功能上相互对应，二者特化成熟所依赖的转录调控因子也互有对应；此外，两者的发育起源也有密切关系：它们被认为均由共同淋系祖细胞（common lymphoid progenitor, CLP）发育而来【1】，并且人和小鼠的早期胸腺祖细胞（early thymic progenitor, ETP）均具有ILC分化潜能【2,3】。近年来，国内外研究组开展了小鼠ILC胚胎起源和发育的一系列研究【4,5】，但对于人ILC，特别是早期发育的研究尚属空白。人ILC发育涉及的谱系层级关系及转录调控的分子基础、人ILC特化的分子规律及组织位点异质性等关键科学问题亟待阐明。

2021年7月8日，解放军总医院第五医学中心刘兵研究组、四川大学胡洪波研究组、暨南大学基础医学院兰雨研究组、陆军军医大学大坪医院文爱清研究组合作在Cell Research杂志在线发表了题为 Delineating spatiotemporal and hierarchical development of human fetal innate lymphoid cells 的研究成果。该工作系国际上首次利用单细胞转录组测序和单细胞功能实验，绘制出早期人类胚胎造血、淋巴、非淋巴组织中ILC的谱系发育全景，也是该团队继T淋巴细胞（详见BioArt报道：专家点评Immunity | 胡洪波/刘兵/兰雨团队单细胞精度解析人类T淋巴细胞起源及胸腺器官发生）【6】和巨噬细胞（详见BioArt报道：专家点评Nature丨刘兵/兰雨/Ginhoux合作解析人类巨噬细胞的胚胎起源与特化）【7】，在人类免疫细胞发育领域的又一项重要成果。

研究者首先利用流式细胞术分析了人胚造血器官、淋巴和非淋巴组织共6个组织中各ILC亚群的时空分布。结果显示，在胚胎发育8至12周，各组织中ILC组成比例变化不大且以ILC3为主。随后，通过优化富集策略，分选包含ILC发育轴涉及的所有相关细胞群体进行高通量转录组测序。通过整合分析鉴定得到10个淋系相关细胞类群，其中造血干祖细胞（hematopoietic stem and progenitor cell, HSPC）、淋系祖细胞1（lymphoid progenitor 1, LP1）主要存在于造血器官胎肝；ILC祖细胞（innate lymphoid cell progenitor, ILCP）在肠道占比极高，提示ILC可能存在肠道的原位发育途径；与流式分析结果一致，ILC2在胸腺中的优势分布提示其可能参与胸腺器官形成及T细胞发育。

为精准解析胚胎期ILC、T、B谱系命运决定的过程，研究者对6个祖细胞群体重新分析。拟时序路径分析显示，ILC的发育起始自HSPC，可能经由淋系祖细胞LP1至LP2，最终实现ILC谱系命运的定向。他们发现胎肝LP1、LP2均高表达IL3RA，该标志在研究团队之前鉴别出的具有胸腺定植倾向的祖细胞群体（thymus seeding progenitor, TSP）里也有充分表达【6】，提示IL-3RA可作为预测具有T、B、ILC多种淋系分化潜能祖细胞的分子标志物。单细胞水平的体外功能实验证实，胎肝淋系祖细胞(Lin-CD45+CD127+CD34+)中IL-3RA阳性群体具有T、B、ILC三淋系及髓系潜能，而IL-3RA阴性群体已主要定向B细胞谱系发育。

随后，研究者进一步解析了ILC祖细胞ILCP向三个ILC亚群特化的过程，发现三个ILC亚群均包含一群增殖特征基因（TUBA1B、TUBB、MKI67、HMGB2）高表达的亚群，且主要存在于胚胎发育早期（孕期8周），将其分别命名为1/2/3类ILC前体（ILC precursor 1/2/3, Pre-ILC 1/2/3）。

最后，研究者发现ILC2的一个亚群并不表达PTGDR2（编码CRTH2）这一经典ILC2标志，但高表达趋化标记CCR9，该分子对于T祖细胞定植胸腺及命运定向起着至关重要的作用。更有趣的是，该细胞亚群主要存在于胸腺。研究团队前期研究鉴定了人胚胸腺中T细胞样的ILC2亚群【6】，与本研究鉴定的CCR9-ILC2细胞群一致，同时流式细胞分析确定该亚群（Lin-CD45+CD127+CRTH2-CD117-CCR9+GATA3+）真实存在并富集于胚胎胸腺。该亚群的发现进一步提示ILC2，尤其是非经典ILC2亚群，可能对胸腺器官形成、ETP定植及T细胞发育成熟至关重要。

综上所述，该研究首先揭示了IL-3RA特异且高效标识人胚造血干祖细胞下游具有T、B、ILC三淋系及髓系多潜能的祖细胞群体。其次定义了ILCP向ILC分化路径上具有高增殖特性的三类ILC前体细胞。最后解析了成熟ILC的时空异质性，并发现了胚胎胸腺特异的非经典CCR9+ ILC2亚群（图1）。这些发现为人类早期ILC发育的基本规律和调节机制研究，以及ILC、T、B细胞体外再生策略研究提供了重要的理论支撑和数据库资源。

图1. 示意图展示单细胞解析人类早期ILC发育全景

军事科学院博士研究生刘晨、解放军总医院第五医学中心公彦栋博士、陆军军医大学博士研究生张晗及天津市中心妇产医院杨华主任为本文的共同第一作者，刘兵、胡洪波、兰雨与文爱清为本文的共同通讯作者。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41422-021-00529-2

参考文献

1 Cumano, A. et al. New Molecular Insights into Immune Cell Development. Annual review of immunology 37, 497-519, doi:10.1146/annurev-immunol-042718-041319 (2019).

2 Qian, L., Bajana, S., Georgescu, C., Peng, V. & Sun, X. H. Suppression of ILC2 differentiation from committed T cell precursors by E protein transcription factors. Journal of Experimental Medicine 216, 884-899 (2019).

3 Nagasawa, M., Germar, K., Blom, B. & Spits, H. Human CD5 Innate Lymphoid Cells Are Functionally Immature and Their Development from CD34 Progenitor Cells Is Regulated by Id2. Frontiers in immunology 8, 1047, doi:10.3389/fimmu.2017.01047 (2017).

4 Bai, L. et al. Liver type 1 innate lymphoid cells develop locally via an interferon-γ-dependent loop. Science (New York, N.Y.) 371, doi:10.1126/science.aba4177 (2021).

5 Simic, M. et al. Distinct Waves from the Hemogenic Endothelium Give Rise to Layered Lymphoid Tissue Inducer Cell Ontogeny. Cell reports 32, 108004, doi:10.1016/j.celrep.2020.108004 (2020).

6 Zeng, Y. et al. Single-Cell RNA Sequencing Resolves Spatiotemporal Development of Pre-thymic Lymphoid Progenitors and Thymus Organogenesis in Human Embryos. Immunity 51, 930-948.e936, doi:10.1016/j.immuni.2019.09.008 (2019).

7 Bian, Z. et al. Deciphering human macrophage development at single-cell resolution. Nature 582, 571-576, doi:10.1038/s41586-020-2316-7 (2020).

来源：BioArt

原标题：《【学术前沿】Cell Research | 刘兵/胡洪波/兰雨/文爱清合作解析人类固有淋巴细胞起源》

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